Способы осуществления оптимального температурного режима

Решение практической задачи проведения процесса в промышленном реакторе в соответствии с оптимальным температурным режимом зависит от многих факторов и прежде всего от теплового эффекта и кинетики реакции.

Для эндотермических (обратимых и необратимых) реакций целесообразно химический процесс проводить в реакторах с подводом теплоты, причем желательно обеспечить достаточно равномерное распределение температур по объему реактора. Распространенным типом аппаратов для проведения эндотермических реакций являются трубчатые реакторы, похожие по своей конструкции на кожухотрубные теплообменники. В таких реакторах трубное пространство представляет собой собственно реактор, в котором по трубному пространству движутся реагенты, а по межтрубному пространству проходит теплоноситель, например топочные газы. (Конверсия природного газа, синтез бутадиена из этанола ретортная печь). Теплоноситель может непосредственно подаваться в реакционное пространство (получение извести, кирпича, цементного клинкера).

Гомогенные эндотермические реакции можно также проводить в реакторах с интенсивным перемешиванием и поверхностью теплообмена, т.к. в этом случае будет обеспечено равномерное распределение температуры по реактору.

экзотермические реакции проводят, как правило, либо в адиабатических условиях, либо в реакторах с отводом теплоты.

При проведении необратимых экзотермических реакций рост температуры приводит однозначно лишь к увеличении скорости процесса. Для снижения энергетических затрат такие реакции выгодно проводить в автотермическом режиме, когда требуемая температура обеспечивается исклчительно за счет выделяющейся теплоты химической реакции без подвода энергии извне. Существуют две предельные температуры (нижний и верхний пределы), между которыми целесообразно проводить процесс. нижним пределом является температура, при которой скорость реакции (скорость выделения тепла) достаточны для обеспечения автотермического режима. Ниже этого предела скорость тепловыделения будет меньше, чем чем скорость отвода теплоты с выходящим потоком, и температура в реакторе будет падать. Верхний температурный предел связан с побочными процессами (зависит от термостойкости компонентов реакции) и термостойкостью материалов. Для микробиологических процессов повышение температуры ограничено жизнестойкостью микроорганизмов.

Обратимые экзотермические реакции проводят в соответствии с линией оптимальных температур, т.е. понижая температуру в реакторе по мере роста степени превращения. Такой режим неосуществим ни в адиабатических, ни в изотермических условиях.